RU2670884C1 - Способ получения углеродного нетканого волокнистого материала - Google Patents
Способ получения углеродного нетканого волокнистого материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2670884C1 RU2670884C1 RU2017146693A RU2017146693A RU2670884C1 RU 2670884 C1 RU2670884 C1 RU 2670884C1 RU 2017146693 A RU2017146693 A RU 2017146693A RU 2017146693 A RU2017146693 A RU 2017146693A RU 2670884 C1 RU2670884 C1 RU 2670884C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fabric
- temperature
- threads
- nonwoven
- cord fabric
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title abstract description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 17
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 76
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 28
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 24
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000004753 textile Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 15
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 14
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000010025 steaming Methods 0.000 claims description 6
- 241000272525 Anas platyrhynchos Species 0.000 claims description 5
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 16
- 239000002243 precursor Substances 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 235000020094 liqueur Nutrition 0.000 abstract 1
- 238000007665 sagging Methods 0.000 abstract 1
- 235000020354 squash Nutrition 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 9
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 7
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 208000018747 cerebellar ataxia with neuropathy and bilateral vestibular areflexia syndrome Diseases 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 2
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 2
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 239000005696 Diammonium phosphate Substances 0.000 description 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N acetaldehyde Diethyl Acetal Natural products CCOC(C)OCC DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000005539 carbonized material Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 1
- MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N diammonium hydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].[NH4+].OP([O-])([O-])=O MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000388 diammonium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019838 diammonium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000002682 general surgery Methods 0.000 description 1
- 239000012210 heat-resistant fiber Substances 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229940127554 medical product Drugs 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 235000019345 sodium thiosulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/16—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from products of vegetable origin or derivatives thereof, e.g. from cellulose acetate
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Nonwoven Fabrics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов и касается способа получения углеродного нетканого волокнистого материала. Способ включает формирование нетканого материала из целлюлозного волокнистого сырья иглопрокалыванием из двух наружных иглопробивных слоев и внутреннего однонаправленного слоя между ними из непрерывных целлюлозных нитей и последующую карбонизацию и графитацию при постепенном повышении температуры нагревания в инертной атмосфере, перед формированием нетканого полотна исходные непрерывные нити текстильно перерабатывают в кордную ткань с плотностью по основе не более 20-40 нитей/10 см, по утку не более 10 нитей/10 см ширины, причем линейная плотность нитей по основе не более 192 текс, а нитей по утку не более 50 текс, затем полученную кордную целлюлозную ткань подвергают отделке тепловлажностной обработкой, синтезу катализатора карбонизации на поверхности волокон, паровоздушному воздействию и окончательной вентилируемой сушке, часть полученной отделанной кордной ткани штапелируют, из штапелированных отделанных волокнистых материалов изготавливают два иглопробивных нетканых полотна, которые размещают с обеих сторон отделанной кордной ткани, иглопрокалывают и получают отделанное нетканое целлюлозное полотно - прекурсор углеродного нетканого полотна. Изобретение обеспечивает создание карбонизованного и графитированного полотна, обладающего гибкостью, несминаемостью, органолептически мягкого и неосыпающегося материала. 1 з.п. ф-лы.
Description
Предполагаемое изобретение относится к технологии получения углеродных волокнистых материалов, а именно, к технологии получения углеродных нетканых материалов путем термохимической обработки исходных волокон, и может быть использовано в производстве армирующих наполнителей композитов, теплоизоляции высокотемпературного термического оборудования, гибких электронагревателей, электродов, фильтров агрессивных газов, жидкостей и расплавов при высоких температурах, в производстве спортивных и медицинских изделий, в частности прекурсора имплантата в офтальмологии, в общей хирургии, травматологии, комбустиологии, акушерстве и гинекологии, проктологии, стоматологии, отоларингологии и т.д.
Известен способ получения углеродного волокнистого материала (УВМ) пропиткой исходных целлюлозных волокнистых материалов (текстильных изделий, ваты, мелкодисперсных волокон) водным раствором каталитических соединений, сушкой и термической обработкой в присутствии введенного катализатора. Перед сушкой пропитанный целлюлозный волокнистый материал подвергают пропарке, и после сушки целлюлозный волокнистый материал термообрабатывают в инертной атмосфере до любой температуры в интервале 240-2800°С. Недостатком этого способа при обработке исходных волокнистых нетканых материалов (например, ваты и т.п.) является пропитка в водных растворах катализатора карбонизации. Обладая большой гигроскопичностью, нетканые материалы адсорбируют большое количество влаги, удаление которой сушкой представляет серьезную технологическую проблему. При большой длительности сушки, превышающей несколько часов, в высушенном материале остаются локальные зоны с большой влажностью. Процесс термообработки нетканого прекурсора с неравномерной по объему влажностью и содержанием каталитических соединений протекает нестабильно, а получаемые готовые углеродные волокнистые материалы не обладают удовлетворительной прочностью. [1]
Известен также способ получения углеродного волокнистого нетканого материала, включающий формирование нетканого материала из вискозного сырья иглопрокалыванием из двух наружных иглопробивных слоев и внутреннего однонаправленного слоя между ними из непрерывных целлюлозных нитей с линейной плотностью до 380 текс, с последующей карбонизацией при постепенном повышении температуры нагрева от 240 до 600-700°С в инертной атмосфере [2]. Данный способ по своей сущности наиболее близок предлагаемому техническому решению, поэтому выбран в качестве прототипа.
Способ по прототипу не свободен от недостатков. В данном техническом решении не применяется катализатор карбонизации, и поэтому не проводятся операции пропитки исходных материалов в водных растворах катализаторов карбонизации и сушки. В результате, трудоемкость процесса получения углеродного нетканого полотна существенно снижается. Однако, получение прочного углеродного волокнистого материала на основе исходного целлюлозного волокнистого сырья в составе какого-либо материала: в виде ткани, войлока или жгутов, нитей и т.п. - не представляется возможным, а процесс термохимического превращения целлюлозных волокнистых материалов при этом очень нестабилен и с низким выходом годной продукции.
Указанные проблемы вызваны особенностями химического строения и структуры волокнистой целлюлозы, которые затрудняют ее технологически простое превращение в углеродный волокнистый материал с необходимыми физико-механическими свойствами. В химической формуле макромолекулы целлюлозы имеются ацетальные связи (кислородные мостики) как между звеньями главной цепи, так и внутри звеньев. Поэтому при карбонизации необходима полная деполимеризация целлюлозной макромолекулы с разрывом этих связей и удалением атомов кислорода, препятствующих протеканию в углеродсодержащем пиролизуемом остатке конденсационных процессов формирования углеродистой графитоподобной структуры волокна. Целлюлозные волокна обладают гетерофазной структурой, которая состоит из кристаллитных и аморфных элементов с ориентированной оболочкой. Кроме того, целлюлозные волокна как полимерные изделия находятся в напряженно-деформированном состоянии. В комплексе с контрастностью различий структуры на границе раздела кристаллитной и аморфной фаз, этот фактор проявляет негативное воздействие на формирование удельной прочности получаемого углеродного волокна.
Целью предлагаемого технического решения является устранение указанных недостатков, увеличение прочности получаемых углеродных нетканых волокнистых материалов и увеличение удельных физико-механических характеристик углеродных волокон в составе углеродных нетканых материалов.
Поставленная цель достигается за счет того, что в известном способе получения углеродного волокнистого нетканого материала, включающем формирование нетканого материала из целлюлозного волокнистого сырья иглопрокалыванием из двух наружных иглопробивных слоев и внутреннего однонаправленного слоя между ними из непрерывных целлюлозных нитей линейной плотности до 380 текс и последующую карбонизацию и графитацию при постепенном повышении температуры нагревания от 240°С до 2800°С в инертной атмосфере, в соответствии с предлагаемым техническим решением перед формированием нетканого полотна исходные непрерывные нити текстильно перерабатывают в кордную ткань с плотностью по основе не более 20-40 нитей/10 см, по утку - не более 10 нитей/10 см ширины, причем линейная плотность нитей по основе не более 192 текс, а нитей по утку - не более 50 текс, полученную кордную целлюлозную ткань подвергают отделке тепловлажностной обработкой, синтезу катализатора карбонизации на поверхности волокон, паровоздушному воздействию и окончательной вентилируемой сушке, часть полученной отделанной кордной ткани штапелируют, из штапелированных отделанных волокнистых материалов изготавливают два иглопробивных нетканых полотна, которые размещают с обеих сторон отделанной кордной ткани, иглопрокалывают и получают отделанное нетканое целлюлозное полотно - прекурсор углеродного нетканого полотна; при этом в процессе отделки кордную целлюлозную ткань подвергают интенсивному нагреванию при температуре 150-200°С в течение до 3 мин, отварке в растворе химиката при температуре не более 100°С в течение до 30 мин, сушке при температуре не более 115°С в течение до 20 мин, интенсивному нагреванию при температуре 150-200°С а течение до 3 мин, обработке в смесевом растворе химических соединений-компонентов катализатора при температуре не более 100°С в течение до 30 мин для синтеза катализатора на поверхности волокон, пропарке в перегретой паровоздушной среде при температуре не более 130°С, вентилируемой сушке при температуре не более 115°С до постоянной сухой массы отделанной кордной целлюлозной ткани.
Физико-химическая сущность отличий предлагаемого технического решения получения углеродного волокнистого нетканого материала состоит в том, что в соответствии с первым отличительным признаком предлагаемого изобретения, который разработан и сформулирован на основе результатов экспериментальных исследований и выражается в том, что перед формированием нетканого целлюлозного полотна - прекурсора углеродного нетканого полотна исходные непрерывные нити текстильно перерабатывают в кордную ткань с плотностью по основе не более 20-40 нитей/10 см, по утку - не более 10 нитей/10 см ширины, причем линейная плотность нитей по основе составляет не более 192 текс, а нитей по утку - не более 50 текс, полученную кордную целлюлозную ткань, подвергают отделке тепловлажностной обработкой, синтезу катализатора карбонизации на поверхности волокон, паровоздушному воздействию и окончательной вентилируемой сушке.
Чтобы оценить технический эффект, получаемый в результате реализации этого отличительного признака, необходимо учесть, что одним из основных недостатков ранее описанного способа получения нетканого углеродного материала по аналогу [1] является отделка предварительно сформированного нетканого целлюлозного полотна пропиткой в растворе катализатора карбонизации и последующей сушкой. Проведение отделки целлюлозного нетканого полотна по способу аналога не позволяет получить отделанный целлюлозный материал с равномерной влажностью и со стабильным содержанием катализатора в его объеме, что является одной из главных причин нестабильного протекания процесса карбонизации и снижения качества получаемого углеродного нетканого полотна, и весьма существенно повышает трудоемкость отделки. Следствием исключения процесса отделки исходного целлюлозного полотна из процесса формирования, как это осуществляется по способу прототипа [2], является катастрофическое снижение прочности получаемого карбонизованного материала и невозможность использования его в качестве прекурсора активированного или графитированного нетканого полотна.
Осуществление отделки по предлагаемому способу устраняет оба указанных недостатка: изготовление перед формированием нетканого полотна кордной ткани с рекомендованными текстильными характеристиками из исходных непрерывных нитей указанных линейных плотностей по основе и утку позволяет технологически просто проводить ее отделку по сравнению с одноосновным полотном. Тонкая (толщина 0,3-0,35 мм) с подвижной текстильной структурой кордная ткань при обработках путем непрерывной проводки ее через емкости с активно барботирующими растворами отделки обеспечивает доступ химикатов к внешней и внутренним поверхностям поровой системы, но и впитывается в межмолекулярные объемы элементарных волокон. В результате создаются наиболее благоприятные условия взаимодействия химических соединений с макромолекулами элементарных волокон, в том числе, в межмолекулярных объемах. Упрощается также непрерывная проводка кордной ткани через сушильные агрегаты, повышается равномерность сушки и осаждение из растворов химикатов на ткани. Вследствие одновременного прогрева ткани по толщине практически устраняется миграция растворов из объема поровой системы к поверхности и осаждение соединений катализатора на поверхности ткани.
Еще одно отличие предлагаемого технического решения определяют действия по штапелированию части отделанной кордной ткани, изготовлению из полученных штапелированных отделанных волокнистых материалов двух иглопробивных нетканых полотен, размещению их с обеих сторон отделанной кордной ткани, иглопрокалыванию, в результате которых получают отделанное целлюлозное полотно-прекурсор углеродного нетканого полотна.
Получаемый технических эффект от выполнения указанных отличительных действий состоит в получении отделанного целлюлозного нетканого полотна, содержащего равномерно распределенный катализатор карбонизации. Отделанное нетканое полотно полностью подготовлено к операциям по высокотемпературной обработке на стадиях карбонизации и графитации непрерывным способом, в результате которых получают углеродное нетканое полотно с высокими удельными физико-механическими свойствами как полотна, так и элементарных волокон в составе полотна. В предлагаемом способе, обеспечивается помимо равномерного осаждения катализатора на поверхности штапельных волокон, получаемых при штапелировании отделанной кордной ткани и непрерывных нитей основы и утка кордной ткани, армирующей нетканое полотно в середине толщины по сечению, равномерное его распределение в объеме пористой системы элементарных волокон (филаментов).
Кроме того, армирование нетканого полотна кордной тканью с предлагаемыми текстильными характеристиками обеспечивает достаточно равномерную прочность по длине и ширине полотна, что способствует стабильному транспортированию полотна при высокотемпературных обработках на стадиях карбонизации, графитации и активации непосредственным к нему приложением тянущего усилия.
В то же время, изготовление кордной ткани с низкими текстильными показателями по количеству нитей по основе и утку и снижение плотности по толщине нити утка до 50 текс способствует необходимому разволокнению ткани и нитей при штапелировании кордной ткани и устранению присутствия в штапелированном полотне чрезмерно длинных нитей и волокон.
Отличительным признаком предполагаемого изобретения является также и то, что комплексная отделка предлагаемой кордной ткани включает интенсивное нагревание при температуре 150-200°С в течение до 3 мин, отварку в растворе химиката (3) при температуре не более 100°С в течение до 30 мин, сушку при температуре не более 115°С в течение до 20 мин, интенсивное нагревание при температуре 150-200 С в течение до 3 мин, обработку в смесевом растворе химических соединений - компонентов катализатора (3, 4) при температуре от 20°С до 100°С в течение до 30 мин для синтеза катализатора на поверхности волокон, пропарку в перегретой паровоздушной среде при температуре не более 130°С в течение до 30 мин, вентилируемую сушку при температуре не более 115°С до постоянной сухой массы отделанной кордной ткани. Режимы операций комплексной отделки определены и проверены опытным путем.
Целесообразность проведения операций комплексной отделки определяется технологической необходимостью подготовки структуры целлюлозного волокна к процессу карбонизации, с целью стабилизации протекания пиролиза волокна с увеличением выхода по углероду карбонизованных волокон, повышением удельных прочностных свойств штапелированных и непрерывных волокон, а также увеличением интенсивности процесса термохимического превращения целлюлозных волокон в углеродные волокна в составе нетканого полотна.
Получение технического эффекта от проведения указанных отличительных действий предопределяется структурно-химическими свойствами целлюлозного волокна. Как известно, целлюлозные волокна являются жесткоцепными полимерами с полярными боковыми гидроксильными группами и характеризуются высокой гидрофильностью. Поэтому при воздействии теплоты и влаги они способны к самоорганизации макромолекул целлюлозы преимущественно в аморфных областях строения волокон ближнего порядка кристаллитных элементов. При тепловлажностной обработке волокна испытывают пластифицирующее действие влаги, вызывающее релаксационные процессы, снижающие уровень напряженно-деформированного состояния в волокнах. С повышением температуры до состояния кипения растворов химикатов и увеличения длительности обработки в рекомендуемых интервалах повышается степень самоструктурирования макромолекул, создается более равномерная структура волокна, и сглаживается структурная контрастность на межфазной границе кристаллитной и аморфной областей.
При интенсивном кратковременном нагревании не происходит разориентации и аморфоризации макромолекул целлюлозных волокон. В условиях быстрого достижения волокном температур нагрева в указанном интервале развивается состояние, близкое к высокоэластичному состоянию полимера до начала пиролиза целлюлозы, макромолекулы целлюлозы переходят в новое состояние равновесия. Такие перестроения также улучшают равномерность структурного строения волокна, что способствует стабильности процесса термического превращения целлюлозного волокна в углеродное.
Ранее уже было отмечено, что углеродное волокно с приемлемыми удельными физико-механическими характеристиками может быть получено только при карбонизации в присутствии катализатора, нанесенного на поверхность целлюлозного волокна и равномерно распределенного в нем как снаружи, так и в объеме его пористо-капиллярной системы. Поэтому приведенный отличительный признак по температурно-временным параметрам синтеза катализатора в совокупности с параметрами по пропарке в перегретой паровоздушной среде и окончательной вентилируемой сушке выполняются для обеспечения такого размещения катализатора на волокне перед штапелированием кордной ткани, формированием нетканого полотна, армированного кордной тканью, и последующими процессами карбонизации и высокотемпературных обработок.
Приведенные пояснения по комплексу параметров тепловлажностных обработок кордной целлюлозной ткани и введения катализатора карбонизации перед формированием нетканого целлюлозного полотна и последующих его высокотемпературных обработок позволяют более полно оценить технологическую целесообразность отделки кордной ткани для получения нетканого целлюлозного полотна, полностью подготовленного для использования в качестве прекурсора углеродного полотна, производимого по предлагаемому способу.
Сущность предполагаемого изобретения иллюстрируется конкретным примером исполнения. В примере используется стандартное текстильное и резательное оборудование. Наработку кордной ткани с рекомендованной текстильной структурой (с плотностью по основе 20-40 нитей на 10 см ширины, по утку - не более 10 нитей на 10 см ширины) из нитей плотностью не более 192 текс по основе и не более 50 текс по утку (ТУ 12-0020456-7-92) проводили по стандартным режимам текстильного производства.
Изготовленная кордная ткань заданной текстильной структуры поступала на тепловлажностную отделку с обязательным выполнением всех предлагаемых отделочных операций: интенсивный нагрев при температуре 150-200°С в течении не более 3 минут; отварка в 10% растворе химиката (3), например гипосульфита натрия (ГОСТ 244-76) при температуре 90-100°С в течении 15±5 минут; вентилируемая сушка при температуре 100±15°С в течении 15±5 минут; интенсивный нагрев при температуре 150-200°С в течении не более 3 минут; обработка в смесевом растворе химических соединений компонентов катализатора (3, 4), например 17% смесевом растворе хлористого аммония (ГОСТ 2210-73) и диаммоний фосфата (ГОСТ 8575-75) в соотношении 3:2 при температуре 90-100°С в течении 20-30 минут, пропарка в перегретой паровоздушной среде при температуре 100±15°С, вентилируемой сушке в перегретой паровоздушной среде при температуре 100±15°С до постоянной сухой массы отделанной кордной ткани.
Затем 2/3 изготовленного количества отделанной кордной ткани отправили на штапелирование (резку). Оставшееся количество отделанной кордной ткани использовали для армирования изготавливаемого нетканого полотна.
Резку отделанной кордной ткани производили на машине отечественного производства типа РШФ-15-ИЗ, установив разрушающее напряжение резки и скорость резания в пределах, при которых количество непрорезанных штапельков не превышает 3,3%. Используемое для изготовления кордной ткани сырье, полностью соответствует требованиям к процессу резки на вышеуказанном оборудовании по равномерности волокна, по его длине и толщине. В данном случае отделанная, кордная ткань изготавливается в виде непрерывной ленты. Специальных требований по равномерности длины штапельков не предъявляется, так как опытным путем установлено, что изменение длины штапельков от 25 мм вплоть до 120 мм практически не оказывает влияния на качество изготавливаемых наружных иглопробивных полотен. Более того, различный метрический состав штапельков способствует скреплению штапельного волокна в единую массу холста уже при прочесе на стадии формирования наружных нетканых холстов. Как уже было отмечено выше, технология изготовления наружных полотен - стандартная. Для окончательного формирования отделанного целлюлозного нетканого полотна, наружные холсты предварительно сформированные из отделанного штапельного полотна и отделанная кордная ткань наматываются на бабины и одновременно подаются на иглопрокалывающий агрегат типа ИМ-1800М-А, холсты находятся снаружи, а кордная ткань посередине их. С одинаковой скоростью они транспортируются через игольно-пробивной узел агрегата, где происходит скрепление всех слоев иглопрокалыванием, при этом число проколов может варьироваться от 100 до 250 на 1 см2 при объемной плотности до 25 кг/м3. Таким образом получили готовое нетканое целлюлозное отделанное полотно, которое является прекурсором нетканого углеволокнистого полотна.
Карбонизацию отделанного нетканого целлюлозного полотна проводили по известным режимам (5) на установке карбонизации (6). Рулон нетканого целлюлозного полотна - прекурсора углеродного нетканого полотна загружали в подающий узел установки карбонизации, подшивали к текстильной ленте протяжки из термостойкого волокна - углеродной ткани. Ткань протяжку протягивают через реакционную зону печи карбонизации и заправляют в транспортирующий механизм на выходе карбонизованного нетканого полотна из установки карбонизации. Продувают реакционную зону установки карбонизации инертным газом. Распределение температур по зонам нагрева по известным режимам. Не выключая подачи инертного газа, продолжают нагрев и по достижению заданных температур, включают транспортирующий механизм со скоростью транспортирования нетканого полотна до 5-7 метров в час, при этом длительность процесса карбонизации составила ~45 минут. На выходе из зоны карбонизации летучие продукты пиролиза сжигаются в специальной установке дожига. Продукты сгорания удаляются вентиляцией и нейтрализуются в стандартном агрегате. Полученное карбонизованное нетканое полотно обладает хорошей гибкостью, несминаемостью и имеет прочность на разрыв в направлении основы армирующей кордной ткани до 40 кгс/5 см ширины, по утку - до 25 кгс/5 см.
Затем карбонизованное нетканое полотно подвергали графитации в инертной среде непрерывным способом при скорости транспортирования до 10 метров в час и температуре 2400°С. Графитированное полотно характеризуется гибкостью, несминаемостью, органолептически это мягкий не осыпающийся материал. Углеродные нити армирующей углеродной ткани (кордной) имеют прочность до 1500 гс/нить.
Предлагаемый процесс получения карбонизованного и графитированного полотна стабилен, увеличение выхода годной продукции по сравнению с прототипом, выше на 20%.
Источники информации
1 Патент РФ №2016146, D01F 9/16, опубл. 15.07.1994
2 Патент РФ №2213820 кл. D04H 1/42 опубл. 10.10.2003
3. Патент RU 2502836 Д01F 9/16 опубл. 27.12.2013
4. Патент RU 2258773 Д01F 9/16 опубл. 20.08.2005
5. Патент RU 2520982 Д01F 9/16 опубл. 27.06.2014
6. Патент RU 2506356 Д01F 9/16 опубл. 10.02.20143820
Claims (2)
1. Способ получения углеродного волокнистого нетканого материала, заключающийся в формировании нетканого полотна из целлюлозного волокнистого сырья иглопрокалыванием из двух наружных иглопробивных слоев и внутреннего слоя между ними из непрерывных целлюлозных волокнистых материалов и последующей карбонизации при постепенном повышении температуры нагревания от 240 до 2500°С в инертной атмосфере, отличающийся тем, что перед формированием нетканого полотна исходные непрерывные целлюлозные нити текстильно перерабатывают в кордную ткань с плотностью по основе не более 20-40 нитей/10 см ширины, по утку не более 10 нитей/10 см ширины, причем линейная плотность нитей по основе не более 192 текс, а нитей по утку не более 50 текс, полученную кордную целлюлозную ткань подвергают комплексной отделке, состоящей из тепловлажностной обработки, синтеза катализатора карбонизации, паровоздушного воздействия и окончательной вентилируемой сушки, затем часть полученной отделанной кордной ткани штапелируют, из штапелированных отделанных волокнистых материалов изготавливают два иглопробивных нетканых полотна, которые размещают с обеих сторон отделанной кордной ткани, иглопрокалывают с получением прекурсора углеродного нетканого полотна.
2. Способ получения по п. 1, отличающийся тем, что при комплексной отделке кордную ткань подвергают интенсивному нагреванию при температуре 150-200°С в течение до 3 мин, отварке в растворе химиката при температуре не более 100°С в течение до 30 мин, сушке при температуре не более 115°С в течение до 20 мин, интенсивному нагреванию при температуре 150-200°С в течение до 3 мин, обработке в смесевом растворе химических соединений - компонентов катализатора - при температуре не более 100°С в течение до 30 мин для синтеза катализатора на поверхности волокон, пропарке в перегретой паровоздушной среде при температуре не более 130°С, вентилируемой сушке при температуре не более 115°С до постоянной сухой массы отделанной кордной ткани.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146693A RU2670884C1 (ru) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Способ получения углеродного нетканого волокнистого материала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146693A RU2670884C1 (ru) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Способ получения углеродного нетканого волокнистого материала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2670884C1 true RU2670884C1 (ru) | 2018-10-25 |
Family
ID=63923604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017146693A RU2670884C1 (ru) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Способ получения углеродного нетканого волокнистого материала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2670884C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2706107C1 (ru) * | 2019-04-29 | 2019-11-13 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Способ получения комплексного углеродного волокнистого материала |
| RU2797209C1 (ru) * | 2022-07-14 | 2023-05-31 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Способ получения углеродного нетканого волокнистого полотна из гидратцеллюлозных волокон |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2213820C1 (ru) * | 2002-08-02 | 2003-10-10 | Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна | Способ получения углеродного нетканого материала |
| JP4677862B2 (ja) * | 2005-09-05 | 2011-04-27 | 東レ株式会社 | 炭素繊維の製造方法およびその装置 |
| RU2424385C1 (ru) * | 2010-03-19 | 2011-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "УВИКОМ" (ООО "НПЦ "УВИКОМ") | Способ получения углеродного волокна и материалов на его основе |
| RU2502836C2 (ru) * | 2012-03-05 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Способ получения углеродных волокнистых материалов из вискозных волокон |
| RU2520982C1 (ru) * | 2012-10-10 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Способ карбонизации вискозных волокнистых материалов в процессе получения углеродных волокон |
| KR101659728B1 (ko) * | 2016-03-31 | 2016-09-26 | 에스지생활안전 주식회사 | 복합활성탄소섬유 부직포의 제조방법 |
-
2017
- 2017-12-28 RU RU2017146693A patent/RU2670884C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2213820C1 (ru) * | 2002-08-02 | 2003-10-10 | Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна | Способ получения углеродного нетканого материала |
| JP4677862B2 (ja) * | 2005-09-05 | 2011-04-27 | 東レ株式会社 | 炭素繊維の製造方法およびその装置 |
| RU2424385C1 (ru) * | 2010-03-19 | 2011-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "УВИКОМ" (ООО "НПЦ "УВИКОМ") | Способ получения углеродного волокна и материалов на его основе |
| RU2502836C2 (ru) * | 2012-03-05 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Способ получения углеродных волокнистых материалов из вискозных волокон |
| RU2520982C1 (ru) * | 2012-10-10 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Способ карбонизации вискозных волокнистых материалов в процессе получения углеродных волокон |
| KR101659728B1 (ko) * | 2016-03-31 | 2016-09-26 | 에스지생활안전 주식회사 | 복합활성탄소섬유 부직포의 제조방법 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2706107C1 (ru) * | 2019-04-29 | 2019-11-13 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Способ получения комплексного углеродного волокнистого материала |
| RU2797209C1 (ru) * | 2022-07-14 | 2023-05-31 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Способ получения углеродного нетканого волокнистого полотна из гидратцеллюлозных волокон |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2324597C2 (ru) | Способ изготовления детали из термостойкого композитного материала, способ изготовления волокнистой конструкции, волокнистая конструкция, изготовленная данным способом, и композитный материал, содержащий данную конструкцию | |
| RU2502836C2 (ru) | Способ получения углеродных волокнистых материалов из вискозных волокон | |
| JP3357080B2 (ja) | 炭素繊維製活性布帛の製造法 | |
| US20110171452A1 (en) | Procedure for making pre-impregnated reinforced composite, as well as fiber reinforced composite, and their application | |
| JPS6052208B2 (ja) | 炭素繊維トウの製造方法 | |
| KR20150050419A (ko) | 활성탄소섬유 및 그 제조방법 | |
| RU2429316C1 (ru) | Способ непрерывного получения из гидратцеллюлозы углеродного волокна в виде однонаправленного жгута | |
| RU2670884C1 (ru) | Способ получения углеродного нетканого волокнистого материала | |
| US5456981A (en) | Process for the manufacture of a fibrous preform formed of refractory fibers for producing a composite material article | |
| JP2008169492A (ja) | 炭素化布帛の製造方法およびこれにより得られた炭素化布帛 | |
| US4714649A (en) | Carbonizable fabrics of activated, carbonized fibers and differently activated or unactivated fibers | |
| RU2016146C1 (ru) | Способ получения углеродного волокнистого материала | |
| RU2257429C2 (ru) | Способ получения ткани из углеродных волокон путем непрерывной карбонизации ткани из целлюлозных волокон | |
| RU2671709C1 (ru) | Способ получения углеродных волокнистых материалов из гидратцеллюлозных волокон | |
| EP0125905A2 (en) | Process for the stabilisation of acrylic fibres | |
| RU2714384C1 (ru) | Способ получения углеродного нетканого волокнистого материала для медицины | |
| RU2797209C1 (ru) | Способ получения углеродного нетканого волокнистого полотна из гидратцеллюлозных волокон | |
| RU2679265C2 (ru) | Способ отделки лиоцельного гидратцеллюлозного волокна при получении прекурсора углеродного волокнистого материала | |
| RU2706107C1 (ru) | Способ получения комплексного углеродного волокнистого материала | |
| CN101578406A (zh) | 碳化布的制造方法以及由其制得的碳化布 | |
| RU2669273C2 (ru) | Способ получения лиоцельного гидратцеллюлозного прекурсора углеродного волокнистого материала | |
| RU2231583C1 (ru) | Способ получения углеродного волокнистого материала | |
| US3661503A (en) | Process for dehydrating cellulosic textile material | |
| RU2047674C1 (ru) | Способ получения углеродного волокнистого материала | |
| RU2741012C1 (ru) | Способ получения углеродного волокна и материалов на его основе |